THM IR SEL IÇIN OPTIK KAVITENIN YAPISI ve SEL PARAMETRELERI A.AKSOY, Ö.KARSLI, Z.NERGİZ S.TEKİN, Ö. YAVAŞ Ankara Üniversitesi, Fizik Müh. Bölümü 06100,Tandoğan, Ankara UPHUKIII, 17-19 Eylül 2007 Bodrum, TÜRKİYE

İÇİNDEKİLER Osilator Mod Serbest Elektron Lazeri Elektron Demet Parametreleri Salındırıcı Magnet Seçimi Salındırıcı (Undulator) Parametreleri Işınımın Özellikleri ve Parametreleri Sonuç

OSILATOR MOD SERBEST ELEKTRON LAZERİ Bir lineer hızlandırıcıdan elde edilen elektron demeti salındırıcı bir (undulator) magnet içerisine gönderilir. Elektron demeti salındırıcı magnet içerisinden geçerken enerjisini kaybederek ışıma yapar. Elektron demetinden yayılan ışıma optik kavite içerisinde yer alan aynalar arasında tuzaklanır. Işınım doyuma ulaştığında aynaların birinde yer alan bir delikten dışarı alınır.

OSILATOR MOD SERBEST ELEKTRON LAZERİ Linak1 Linak2 U-1 U-2 THM IR-FEL şematik görünümü. THM projesinin ilk aşamasını Osilator Modda çalışacak olan bir Ulusal Serbest Elektron Lazeri Test Laboratuvarı oluşturmaktadır. Amaç, iki farklı optik kavite kullanılarak geniş bir dalgaboyu aralığında IR-SEL elde etmektir. SEL Test Laboratuvarında 15-40 MeV enerji aralığındaki bir lineer elektron hızlandırıcısı (linak) ile 2-185 mikrometre dalgaboyu aralığında bir infrared serbest elektron lazeri elde edilmesi planlanmaktadır.

ELEKTRON DEMET PARAMETRELERİ Enerji [MeV] 15-40 Paketçik Yükü [pC] 80 120 Mikro Paketçik Süresi [ps] 1-10 Mikro Paketçik Tekrarlama Frekansı[MHz] 13 (77 ns) Ortalama Akım [mA] 1 1.6 Makro Atma Süresi [ms] Cw/ayarlanabilir Normalize Enine Emittance [mm mrad] (rms) ≤20 Normalize Boyuna Emittance [keV ps] (rms) ≤100

SALINDIRICI MAGNET SEÇİMİ Undulator a b c g/u PPM Planar Vertical Field 2.076 -3.24 0.1<g/u<1 PPM Planar Horizontal Field 2.400 -5.69 1.46 PPM Helical Field 1.614 -4.67 0.620 Hybrid with Vanadium Permendur 3.694 -5.068 1.520 Hybrid with Iron 3.381 -4.730 1.198 Superconducting Planar, Gap=12 mm 12.42 -4.79 0.385 12 mm<u<48 mm Superconducting Planar, Gap=8 mm 11.73 -5.52 0.856 8 mm<u<32 mm Electro-Magnet Planar Gap=12 mm 1.807 -14.30 20.316 40 mm<u<200 mm

SALINDIRICI MAGNET PARAMETRELERİ K-g grafiği B-g grafiği U1 U2 Undulator Periyodu [cm] 3 9 Manyetik Alanı [T] 0.1-0.35 0.1-0.275 Salındırıcı Açıklığı [cm] 1.6-3 5.5-9 Kuvvet Parametresi (K) 0.3-1 0.8-2.3 Kutup Sayısı 56 40 Uzunluk [m] 1.68 3.6

IŞINIMIN ÖZELLİKLERİ E=15,20,25,30,35,40 MeV enerjili elektron demeti ile elde edilen SEL’in gap aralığına göre değişimi.

Işınımın Değişik Enerjilerdeki Dalgaboyu Aralığı [MeV] U1 (u=3 cm) r[µm] U2 (u=9 cm) r [µm] 15 18-27 70-190 20 11-15 40-107 25 6.98-10.5 26-68 35 4-5.2 14-35 40 2.6-4.43 10-27

IŞINIMIN ÖZELLİKLERİ 40 MeV enerjili elektron demeti ile U1 ve U2 undulatorden elde edilecek olan ışınımın parlaklığının gap aralığına göre değişimi

2.7 µ 3 µ 4 µ 5 µ 6 µ 7 µ 8 µ 9 µ 10 µ 11 µ 12 µ 14 µ 16 µ 18 µ 20 µ 25 µ 30 µ 35 µ %50 %90 %110 %130 %150 %170 %190 %210 %230 %10 %70 %250 u=3 cm olan undulatorden elde edilen dalgaboylarının K kuvvet parametresine göre kazanç aralıkları.

15µ 25µ 35µ 50µ 70µ 90µ 110µ 130µ 150 µ %50 %80 100 %110 %30 u=9 cm olan undulatorden elde edilen dalgaboylarının K kuvvet parametresine göre kazanç aralıkları.

Kazanç E=40 MeV, Paketçik uzunluğu= 1 ps, u=3 cm, =3 µm 80 pC 120 pC Kazanç

Kavite içi Max. Yoğunluk ve Doyum Yoğunluğu E=40 MeV, Paketçik uzunluğu= 1 ps, u=3 cm, =3 µm E=30 MeV, Paketçik uzunluğu= 1 ps, u=9 cm, =46 µm 80 pC 120 pC Kavite içi Max. Yoğunluk ve Doyum Yoğunluğu

Güç E=40 MeV, Paketçik uzunluğu= 1 ps, u=3 cm, =3 µm 80 pC 120 pC

Puls enerjisi E=40 MeV, Paketçik uzunluğu= 1 ps, u=3 cm, =3 µm 80 pC 120 pC Puls enerjisi

RMS Puls uzunluğu E=40 MeV, Paketçik uzunluğu= 1 ps, u=3 cm, =3 µm 80 pC 120 pC RMS Puls uzunluğu

Optimizasyon çalışması sonucunda elde edilecek olan lazer için belirlenen bazı sınır değerler; U1 (u=3 cm) U2(u=9 cm) 80 pC 120 pC Dalgaboyu Boyu Aralığı [µm] 2.6-27 10-185 Maksimum Pik Gücü[MW] 10 12 15 Atma Enerjisi [µm] (max) 2 4 Foton Akısı [foton/s/mrad/%0.1BG] 1016 Lazer Tepe Parlaklığı [foton/s/mm2/mrad/%.1BG] 1031

SONUÇ Türk Hızlandırıcı Merkezi Projesinin teknik tasarımının yapılması aşamasında 15-40 MeV elektron demet enerjili bir test laboratuarının kurulması Türk Hızlandırıcı Merkezinin kurulmasından önce ülkemizin teknoloji ile tanışması açısından oldukça önemli olup planlanan deney istasyonları için biyoteknoloji, malzeme, fotokimya ve nanoteknoloji alanlarında çalışılmasına olanak sağlayarak yeni bilimsel araştırmaların yapılmasına bir kapı açacaktır.

REFERANSLAR Ciocci F., Dattoli G., Torre A., Renieri A., Insertion Devices for Synchrotron Radiation and Free Electron Laser, World Scientific Publishing, Singapore, 2000. Dattoli G., Giannessi L.,Ottaviani P.L., Torre A. Dynamical behavior of a free electron laser operating with a prebunched electron beam, Physical Review E, Volume 49, Number 6, pages:5668-5678, June 1994. Dattoli G., Mari C., Renieri A., Gain Saturation in bunched free electron lasers: A simple model Physical Review A, Volume 43, Number 5, pages:2554-2556, 01.03.1991. Dattoli G., Giannessi L.,Ottaviani P.L., Oscillator-amplifier free electron laser devices with stable output power, Journal of Applied Physics, Volume 95, Number 6, 15.03.2004. Dattoli G., Cabrini S., Giannessi L., Loreto V., Mari C., Gain Saturation in free electron lasers NIM A318(1992),495-499, North Holland. McNeil B.W.J., Robb G.R.M., SUPA, FELO:One Dimensional Time Dependent FEL Oscillator Code. Dattoli G., Giannessi L.,Torre A., Saturation and Cavity loss optimization in free electron lasers, Physical Review E, Volume 48, Number 2, pages:1401-1403, August 1993.

TEŞEKKÜRLER!